高中化学 第二章 分子结构与性质 22 分子的立体构型第2课时分子的立体构型2新人教版选修3.docx

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高中化学第二章分子结构与性质22分子的立体构型第2课时分子的立体构型2新人教版选修3

第二章分子结构与性质第二节分子的立体构型

第2课时分子的立体构型

（2）

知识归纳

一、杂化轨道理论简介

1．杂化轨道理论

杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的立体构型提出的。

（1）轨道的杂化

在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些_____________________发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。

注意：

双原子分子中不存在杂化过程。

（2）杂化轨道

杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。

2．杂化轨道的类型

（1）sp3杂化

sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而得。

sp3杂化轨道间的夹角是________，立体构型为正四面体形。

如图1所示。

图1

CH4分子的形成过程：

碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同。

于是1个2s轨道和3个2p轨道混杂起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道（其中每个杂化轨道中s成分占1/4，p成分占3/4），如图2所示。

图2CH4分子中碳原子的杂化

4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的4个顶点，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道形成4个C—Hσ键，从而形成CH4分子。

由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109°28'，如图3所示。

图3

（2）sp2杂化

sp2杂化轨道是由1个s轨道和两个p轨道混杂而成的。

sp2杂化轨道间的夹角是_______，呈平面三角形（如图4所示）。

图4sp2杂化

BF3分子的形成过程：

硼原子的电子排布式为1s22s22

，硼原子的1个2s电子激发到1个空的2p轨道中，使硼原子的电子排布式为1s22s12

2

。

硼原子的2s轨道和两个2p轨道混杂成3个sp2杂化轨道，硼原子的3个sp2杂化轨道分别与3个氟原子的各1个2p轨道重叠形成3个sp2−pσ键，由于3个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3分子具有平面三角形结构（如图5所示）。

图5硼原子的杂化轨道和BF3分子的结构示意图

（3）sp杂化

sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道混杂而成的。

sp杂化轨道间的夹角是180°，呈__________（如图6所示）。

图6

气态BeCl2分子的形成过程：

铍原子的电子排布式是1s22s2，Be的1个2s电子激发进入空的2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp−pσ键。

由于杂化轨道间的夹角为180°，所以形成的BeCl2分子的立体构型是直线形（如图7所示）。

图7铍原子的杂化轨道和BeCl2分子的结构示意图

3．杂化轨道类型与分子的立体构型的关系

（1）杂化轨道还能用于形成σ键和容纳孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生________，形成的分子空间构型也发生变化。

（2）杂化轨道与分子立体构型的关系

杂化方式

等性杂化

不等性杂化

sp

sp2

sp3

sp3

轨道间的夹角

180°

120°

109°28'

——

——

中心原子上的

孤电子对数

0

0

0

1

2

分子立体构型

直线形

平面三角形

正四面体形

三角锥形

V形

实例

BeCl2、HgCl2

BF3

CH4、SiCl4

NH3、PH3

H2O、H2S

二、配合物理论简介

1．配位键

（1）概念：

成键的两个原子或离子一方提供____________（配体），一方提供空轨道而形成的共价键，叫做配位键。

（2）配体：

应含有孤电子对，可以是分子，也可以是离子，如NH3、H2O、F−、OH−等。

（3）成键条件：

形成配位键的一方是能够提供孤电子对的原子，另一方是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子。

（4）配位键的表示方法：

A→B

电子对给予体电子对接受体

H3O+的结构式：

+，

的结构式：

+。

2．配合物

（1）概念

_______________与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。

（2）配合物的组成

配合物由中心原子（提供空轨道）和配体（提供孤电子对）组成，分为_________，以[Cu（NH3）4]SO4为例表示为：

3．配合物的形成对性质的影响

（1）对溶解性的影响

一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl−、Br−、I−、CN−和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。

如Cu（OH）2+4NH3

[Cu（NH3）4]2++2OH−。

（2）颜色的改变

当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。

颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。

如Fe3+与SCN−形成铁的硫氰酸根配离子，其溶液显红色。

（3）稳定性增强

配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。

当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。

例如，血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。

【答案】一、1．

（1）能量相近的原子轨道2．

（1）109°28'

（2）120°（3）直线形3．

（1）排斥

二、1．

（1）孤电子对2．

（1）金属离子（或原子）

（2）内界和外界

知识重点

一、杂化轨道类型的判断方法

1．根据杂化轨道数判断

对于ABm型分子（或离子）（A为中心原子，B为配位原子），中心原子的价层电子对数（用n表示）即为其杂化轨道数。

可先确定分子或离子的VSEPR模型，然后就可以确定中心原子的杂化轨道类型。

若n=4，则中心原子为sp3杂化；若n=3，则中心原子为sp2杂化；若n=2，则中心原子为sp杂化。

如

、

的n均为4，所以氯原子均采用sp3杂化（但离子的空间构型不同，从价层电子对互斥模型来看，前者为三角锥形，后者为正四面体形）。

2．根据杂化轨道间的夹角判断

不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子的杂化类型。

（1）若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则分子的中心原子采用sp3杂化；

（2）若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采用sp2杂化；

（3）若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采用sp杂化。

3．取代法

以中学常见的、熟悉的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。

如：

（1）CH3CH=CH2分子中碳原子的杂化类型的判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基中碳原子为sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均为sp2杂化；

（2）（CH3）3N可看作三个甲基取代了NH3分子中的三个氢原子而得，所以其分子中氮原子采用sp3杂化；

（3）H2O2可看作羟基取代了H2O分子中一个氢原子，H2O2中氧原子应为sp3杂化；

（4）B（OH）3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B（OH）3中硼原子为sp2杂化。

4．根据共价键类型判断

从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。

对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：

杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数（多重键中只有一个σ键，其余均为π键）

（1）SiF4分子中硅原子轨道杂化类型分析，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子恰好形成4个键，无未成键电子，n=4，则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。

（2）基态碳原子有4个价电子，在HCHO分子中，碳原子与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O键，C=O键中有1个σ键、1个π键，碳原子无剩余价电子，n=3，则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。

5．等电子原理的应用

等电子体具有相同的结构特征，一般来说等电子体的中心原子的杂化类型相同。

对于结构模糊或复杂的分子、离子，可将其转化成熟悉的等电子体，然后进行判断。

如

、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子体，而CO2、CH2=CH2中心原子碳原子分别为sp、sp2杂化，则

的中心原子氮原子为sp杂化，H2B=NH2的中心原子硼、氮原子均为sp2杂化。

（1）杂化轨道数=价层电子对数。

（2）杂化轨道类型与杂化轨道数的关系：

sp—2、sp2—3、sp3—4。

（3）CO2分子中的碳原子形成双键，但碳原子不是采用sp2杂化（易错），CO2中碳原子采用sp杂化。

试判断下列分子中心原子的杂化类型：

（1）NI3

（2）CH3Cl（3）CO2（4）SO2

【解析】n=中心原子的孤电子对数+配位原子总数（中心原子结合的原子总数）。

（1）NI3中n=1+3=4，属于sp3杂化；

（2）CH3Cl中n=0+4=4，属于sp3杂化；

（3）CO2中n=0+2=2，属于sp杂化；

（4）SO2中n=1+2=3，属于sp2杂化。

【答案】

（1）sp3杂化

（2）sp3杂化（3）sp杂化（4）sp2杂化

【点评】

（1）杂化方式的判断是一个难点，要注意积累经验，原子间形成的共价键，既包括σ键，也包括π键及大π键。

（2）根据最大重叠原理，中心原子与每个配位原子之间只能形成一个σ键，除此之外，其价电子只能形成π键或大π键。

二、配合物

常见的能形成配合物的粒子

1．常见的含孤电子对的配体：

分子如CO、NH3、H2O等；离子如Cl−、CN−、

等。

2．常见的可提供空轨道的中心原子。

通常是过渡元素的离子或原子，如Cu2+、Ag+、Fe3+、Fe、Ni等。

下列关于[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O的说法正确的是

A．配体为水分子，外界为Br−B．中心离子的配位数为6

C．中心离子Cr3+采取sp3杂化D．中心离子的化合价为+2

【解析】[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O中内界为[Cr（H2O）4Br2]+，Cr3+为中心离子，配体为H2O、Br−，配位数为6，外界为Br−，Cr3+提供的空轨道数为6，中心离子未采取sp3杂化。

【答案】B

好题

1．下列关于杂化轨道的说法错误的是

A．所有原子轨道都可参与杂化

B．杂化轨道能量集中，利于牢固成键

C．不可能出现sp4杂化轨道

D．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化

2．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是

A．sp杂化轨道的夹角最大

B．sp2杂化轨道的夹角最大

C．sp3杂化轨道的夹角最大

D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等

3．下列配合物的配位数是6的是

A．K2[Co（SCN）4]B．Fe（SCN）3C．Na3[AlF6]D．[Cu（NH3）4]Cl2

4．有关苯分子中的化学键描述正确的是

A．每个碳原子的一个sp2杂化轨道参与形成大π键

B．每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键

C．碳原子的3个sp2杂化轨道与其他碳原子形成2个σ键和1个π键

D．碳原子的未参加杂化的2p轨道与其他碳原子的2p轨道形成σ键

5．下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是

①C6H6②C2H2③C2H4④C3H8⑤CO2⑥BeCl2⑦SO3⑧BF3

A．①②⑥⑦B．③⑤⑦⑧C．①③⑦⑧D．③⑤⑥⑦

6．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成

离子，则BF3和

中的B原子的杂化轨道类型分别是

A．sp2、sp2B．sp3、sp3C．sp2、sp3D．sp、sp2

7．现有下列微粒：

①

；②CH4；③OH−；④

；⑤Fe（CO）3；⑥Fe（SCN）3；⑦H3O+；⑧Ag（NH3）2OH。

其中含有配位键的是

A．①②④⑦⑧B．③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑦⑧D．全部

8．向盛有少量CuCl2溶液的试管中滴入少量NaOH溶液，再滴入适量浓氨水，下列叙述不正确的是

A．开始生成蓝色沉淀，加入过量氨水时，形成无色溶液

B．Cu（OH）2溶于浓氨水的离子方程式是Cu（OH）2+4NH3

[Cu（NH3）4]2++2OH−

C．开始生成蓝色沉淀，加入氨水后，沉淀溶解形成深蓝色溶液

D．开始生成Cu（OH）2，之后生成更稳定的配合物

真题

9．某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法中正确的是

A．配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6

B．该配合物中心原子是Cl－

C．Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位

D．配合物中Cl－与Pt4＋配位，而NH3分子不配位

10．在CH3COCH3中，中间碳原子和两边碳原子成键所采用的杂化方式分别是

A．sp2、sp3B．sp3、sp3C．sp2、sp2D．sp、sp3

11．如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图（部分），下列叙述正确的是

A．该叶绿素只含有H、Mg、C、N元素

B．该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子

C．该叶绿素是配合物，其配体是氮元素

D．该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物

12．四种常见元素的性质或结构信息如下表。

试根据信息回答有关问题。

元素

A

B

C

D

性质结构信息

原子核外有两个电子层，最外层有3个未成对的电子

原子的M层有1对成对的p电子

原子核外电子排布为[Ar]3d104sx，有＋1、＋2两种常见化合价

有两种常见氧化物，其中有一种是冶金工业常用的还原剂

（1）写出B原子的电子排布式________。

（2）往C元素的硫酸盐溶液中逐滴加入过量A元素的氢化物水溶液，可生成的配合物的化学式为________，简要描述该配合物中化学键的成键情况：

______________________。

（3）“。

”表示氢原子，小黑点“·”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。

则在以上分子中，中心原子采用sp3杂化形成化学键的是______（填序号）；在②的分子中有________个σ键和________个π键。

13．

（1）Co（NH3）5BrSO4可形成两种钴的配合物，已知Co3+的配位数是6，为确定钴的配合物的结构，现对两种配合物进行如下实验：

在第一种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，产生白色沉淀；在第二种配合物溶液中加入BaCl2溶液时，则无明显现象，则第一种配合物的结构式为______________，第二种配合物的结构式为_______，如果在第二种配合物溶液中滴加AgNO3溶液时，产生__________________现象。

（2）1915年诺贝尔物理学奖授予HenryBragg和LawrenceBragg，以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献。

科学家通过X射线推测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如下图，其中配位键和氢键均采用虚线表示。

①写出基态Cu原子的核外电子排布式______________。

②写出胆矾晶体中水合铜离子的结构简式______________（必须将配位键表示出来）。

（3）很多不饱和有机物在Ni催化下可以与H2发生加成反应，如：

①CH2=CH2，②CH≡CH，③

④HCHO等，其中碳原子采取sp2杂化的分子有__________（填物质序号），预测HCHO分子的立体结构为__________形。

参考答案

1．A【解析】参与杂化的原子轨道之间的能量不能相差太大，如1s与2s、2p能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A错误，D正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度大，利于形成较牢固的化学键，故B正确；np轨道只有三条：

npx、npy、npz，所以当s轨道和p轨道杂化时，就只有三种类型：

①sp1杂化，即一个s轨道和一个p轨道杂化；②sp2杂化，即一个s轨道和两个p轨道杂化；③sp3杂化，即一个s轨道和三个p轨道杂化，故C正确。

2．A【解析】sp杂化形成的夹角是180°，sp2杂化轨道的夹角是120°，sp3形成的杂化轨道夹角为109°28'。

3．C【解析】K2[Co（SCN）4]中Co2+的配位数是4；Fe（SCN）3中Fe3+的配位数是3；Na3[AlF6]中Al3+的配位数是6；[Cu（NH3）4]Cl2中Cu2+的配位数是4。

4．B【解析】杂化轨道只能形成σ键，而不能形成π键。

每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键；每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键；未参与杂化的2p轨道形成大π键。

5．C【解析】苯分子中的碳原子采取sp2杂化；乙炔分子中的碳原子采取sp杂化；乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化；丙烷中的碳原子类似于甲烷中碳原子，采取sp3杂化；CO2分子中碳原子采取sp杂化；氯化铍分子中铍原子采取sp杂化；三氧化硫分子中S原子采取sp2杂化；三氟化硼分子中的B原子采取sp2杂化。

6．C【解析】BF3中B原子的价层电子对数为3，所以为sp2杂化，

中B原子的价层电子对数为4，所以为sp3杂化。

7．C【解析】形成配位键的条件是一个原子（或离子）有孤电子对，另一个原子（或离子）有空轨道。

在CH4、OH−中，中心原子碳和氧的价电子已完全成键，没有孤电子对，故CH4、OH−中没有配位键。

8．A【解析】向CuCl2溶液中加入少量NaOH溶液，发生反应Cu2++2OH−

Cu（OH）2↓，Cu（OH）2沉淀为蓝色，再加入适量浓氨水，发生反应Cu（OH）2+4NH3

[Cu（NH3）4]2++2OH−，形成深蓝色溶液，故A错误。

9．C【解析】在PtCl4·2NH3水溶液中加入AgNO3溶液无沉淀生成，以强碱处理无NH3放出，说明Cl－、NH3均处于内界，故该配合物中心原子铂的配位数为6，电荷数为4，Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位，只有C项正确。

10．A【解析】首先写出CH3COCH3的结构：

，由此知两边的碳均为sp3杂化（与CH4类似）；中间碳原子采用了sp2杂化。

11．B【解析】Mg的最高化合价为+2，而化合物中Mg与4个氮原子作用，由此可以判断该化合物中Mg2+与氮原子间形成配位键，该物质为配合物，B项正确、D项错误；该化合物的组成元素中还含有氧元素，故A项错误；该化合物的配体为氮原子，而氮元素不能称为配体，故C项错误。

12．

（1）1s22s22p63s23p4

（2）[Cu（NH3）4]SO4中心原子与配位体之间以配位键相结合，内界与外界之间以离子键相结合

（3）①③④32

【解析】

（1）元素B原子的M层有1对成对的p电子，则M层的p轨道有4个电子，其电子排布式为：

1s22s22p63s23p4。

（2）A元素由其性质或结构信息可知是N元素，其氢化物是NH3，C元素是Cu，CuSO4与过量氨水可生成配合物[Cu（NH3）4]SO4，中心原子与配位体之间是配位键，内界与外界之间是离子键。

（3）①是NH3，②是CH≡CH，③是CH4，④是H2S，中心原子采用sp3杂化的是①③④，在CH≡CH分子中有3个σ键和2个π键。

13．

（1）[Co（NH3）5Br]SO4[Co（SO4）（NH3）5]Br淡黄色沉淀

（2）①1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

②

（3）①③④平面三角

【解析】由实验可知，第一种配合物的外界为

，第二种配合物的外界不含有

。

铜处于ds区，d轨道处于全满状态。

从所给的结构判断出每个Cu2+与4个H2O分子形成配位化合物。

在写配离子时注意用箭头指向提供空轨道的原子。

乙烯、苯、甲醛中的碳原子均采取sp2杂化，所有原子均共平面（苯中还有一个大π键）。

王妃

沉沦的氢氧化铁，全身染着鲜血，那不寻常的美，铜见了都自卑。

谁拿起了烧杯，倒进去些许蓝液，放下去一块铁，回赠一些铜当安慰，化学。

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